(57)【要約】【課題】アルコール混合燃料に水分が含有されている場合であっても、供給燃料量を正確に制御することのできるアルコール混合燃料エンジンの燃料制御装置を提供する。【解決手段】アルコール混合燃料を供給する燃料供給手段（６）と、アルコール混合燃料のアルコール濃度を検出するアルコール濃度検出手段（３０）と、アルコール濃度に応じて所定の目標空燃比になるように供給燃料量を制御する供給燃料量制御手段（２０）と、を備えるアルコール混合燃料エンジンの燃料制御装置において、前記アルコール混合燃料に含有された水分の濃度を推定する含有水分濃度推定手段（２０、２７）と、該含有水分濃度推定手段により推定された含有水分濃度に応じて、前記アルコール濃度検出手段によるアルコール濃度検出値を補正する補正手段（２０）と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルコール混合燃料を供給する燃料供給手段と、アルコール混合燃料のアルコール濃度を検出するアルコール濃度検出手段と、アルコール濃度に応じて所定の目標空燃比になるように供給燃料量を制御する供給燃料量制御手段と、を備えるアルコール混合燃料エンジンの燃料制御装置において、
前記アルコール混合燃料に含有された水分の濃度を推定する含有水分濃度推定手段と、
該含有水分濃度推定手段により推定された含有水分濃度に応じて、前記アルコール濃度検出手段によるアルコール濃度検出値を補正する補正手段と、
を備えることを特徴とするアルコール混合燃料エンジンの燃料制御装置。
【請求項２】
前記含有水分濃度推定手段は、前記所定の目標空燃比と排気系に設けられた空燃比検出手段の出力値に基づく検出空燃比との偏差に基づいて設定される空燃比補正係数による燃料噴射特性学習値の大きさに対応させて、含有水分濃度を推定することを特徴とする請求項１に記載のアルコール混合燃料エンジンの燃料制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はエンジンの燃料制御装置、特に、ガソリンまたはガソリンとアルコールとを混合したアルコール混合燃料を用いるいわゆるフレキシブルフュエル車両に搭載されるアルコール混合燃料エンジンの燃料制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
石油燃料に対する代替燃料の１つとしてアルコール燃料が有望視されており、ガソリンとアルコールとを混合した、いわゆるアルコール混合燃料として一部では実用化されている例もある。ところが、このアルコール混合燃料はガソリン１００％の燃料に比べ、その発熱量や気化特性が異なると共に、ガソリンに対する混合割合を示すそのアルコール濃度によっても特性が異なるので、ガソリン１００％の燃料の使用を前提とするエンジンにそのままアルコール混合燃料を使用すると、制御空燃比が理論空燃比から外れ、排気成分が変化したり、運転性が悪化することになる。
【０００３】
そこで、例えば、特許文献１には、アルコール含有燃料を使用するエンジンの空燃比制御において、燃料の誘電率の変化でアルコール濃度を検出するアルコール濃度検出センサを用い、アルコール濃度に応じて供給燃料量の制御を行なうことが開示されている。
【０００４】
【特許文献１】特公平６−２９５８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、燃料の誘電率の変化に基づきアルコール濃度を検出するアルコール濃度検出センサにおいては、燃料の誘電率が高くなると高い出力値を発することになるが、燃料中に含まれる水分濃度が異なると誘電率も異なる数値を示すことが判明した。すなわち、図３に示すように、同じアルコール濃度であってもアルコール濃度検出センサの出力値は燃料中に含まれる水分濃度が高くなる程高くなる、換言すると、アルコール濃度検出センサの出力値が同じであっても、真のアルコール濃度は水分濃度に対応して変化するのである。
【０００６】
従って、アルコール濃度検出センサの出力値に基づいて供給燃料量を制御したとしても、水分濃度が０％の場合は問題ないが、水分濃度が所定値を超えるとその制御が不正確になり、エミッションの悪化やドライバビリティの低下をもたらすという問題があった。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、アルコール混合燃料に水分が含有されている場合であっても、供給燃料量を正確に制御することのできるアルコール混合燃料エンジンの燃料制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成する本発明の一形態に係るアルコール混合燃料エンジンの燃料制御装置は、アルコール混合燃料を供給する燃料供給手段と、アルコール混合燃料のアルコール濃度を検出するアルコール濃度検出手段と、アルコール濃度に応じて所定の目標空燃比になるように供給燃料量を制御する供給燃料量制御手段と、を備えるアルコール混合燃料エンジンの燃料制御装置において、前記アルコール混合燃料に含有された水分の濃度を推定する含有水分濃度推定手段と、該含有水分濃度推定手段により推定された含有水分濃度に応じて、前記アルコール濃度検出手段によるアルコール濃度検出値を補正する補正手段と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
ここで、前記含有水分濃度推定手段は、前記所定の目標空燃比と排気系に設けられた空燃比検出手段の出力値に基づく検出空燃比との偏差に基づいて設定される空燃比補正係数による燃料噴射特性学習値の大きさに対応させて、含有水分濃度を推定するものであってもよい。
【発明の効果】
【００１０】
上記本発明の一形態によれば、アルコール混合燃料のアルコール濃度がアルコール濃度検出手段により検出され、アルコール濃度に対応させて所定の目標空燃比になるように供給燃料量が制御される。そして、含有水分濃度推定手段により、前記アルコール混合燃料に含有された水分の濃度が推定され、補正手段により、推定された含有水分濃度に応じて、前記アルコール濃度検出手段によるアルコール濃度検出値が補正され真のアルコール濃度が求められる。この結果、前記供給燃料量制御手段により真のアルコール濃度に応じて所定の目標空燃比になるように供給燃料量が正確に制御されるので、エミッションの悪化やドライバビリティの低下が抑制される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００１２】
図１は、アルコール混合燃料エンジンの燃料制御装置の一実施形態に係るシステム構成を示す側面概略図であり、図２は、同じく、燃料系統を主に示す平面概略図である。
【００１３】
まず、図１において、車両に搭載されるエンジン１の各気筒の燃焼室には、エアクリーナ２から吸気通路３により、電子制御式のスロットル弁（以下、電制スロットル弁と称す）４の制御を受けて、運転状態に応じて所定量の空気が吸入される。そして、燃焼室内にアルコール混合燃料を直接噴射するように、電磁式のインジェクタ６が設けられている。インジェクタ６は、後述する電子制御ユニット（以下、ＥＣＵと称す）２０からエンジン回転に同期して吸気行程又は圧縮行程にて出力される噴射パルス信号によりソレノイドに通電されて開弁し、後述のように、所定圧力に調圧されたアルコール混合燃料を噴射するようになっている。そして、噴射されたアルコール混合燃料は、吸気行程噴射の場合は燃焼室内に拡散して均質な混合気を形成し、また、圧縮行程噴射の場合は点火栓７周りに集中的に層状の混合気を形成し、後述するＥＣＵ２０からの点火信号に基づき、点火栓７により点火されて、燃焼（均質燃焼又は成層燃焼）する。
【００１４】
エンジン１からの排気は排気通路８より排出され、排気通路８には排気浄化用の触媒（例えば、三元触媒）９が介装されている。また、排気の一部は電制ＥＧＲ弁１０を介してＥＧＲ通路１１により吸気通路３のスロットル弁４下流の吸気通路３に還流される。
【００１５】
なお、燃料タンク１２からは低圧ポンプ１３により燃料が吸い上げられ、低圧供給通路を介して接続された高圧ポンプ１５により目標噴射圧まで加圧されて、インジェクタ６に共通に接続されている燃料デリバリパイプ１６に供給される。なお、１７は燃料デリバリパイプ１６から余剰の燃料を燃料タンク１２に戻すリターン通路である。
【００１６】
ＥＣＵ２０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ａ／Ｄ変換器及び入出力インターフェイス等を含んで構成されるマイクロコンピュータを備え、後述の各種センサからの入力信号を受け、これに基づいて演算処理して、電制スロットル弁４、インジェクタ６、点火栓７、電制ＥＧＲ弁１０、低圧ポンプ１３及び高圧ポンプ１５などの作動を制御する。
【００１７】
前記各種センサとしては、エンジン１のクランクシャフト回転を検出するクランクポジションセンサ２１が設けられている。クランクポジションセンサ２１は、気筒数をｍとするとき、クランク角７２０°／ｍ毎に、予め定めたクランク角位置で基準パルス信号を出力すると共に、１〜２°毎に単位パルス信号を出力するもので、基準パルス信号の周期などからエンジン回転数を算出可能である。この他、エアクリーナ２内で吸気温度を検出する吸気温センサ２３、アクセルペダルの踏込み量（アクセル開度）を検出するアクセルポジションセンサ２４、電制スロットル弁４の開度を検出するスロットルポジションセンサ２５、エンジン１の冷却水温を検出する水温センサ２６、排気通路８にて混合気の排気空燃比またはリッチ・リーンに応じた信号を出力する空燃比センサ（リニア空燃比センサ、酸素センサ等）２７、電制スロットル弁４下流の吸気通路３内の圧力を検出する吸気管圧力センサ２８、および燃料デリバリパイプ１６内の燃料圧力を検出する燃圧センサ２９、さらにはアルコール混合燃料のアルコール濃度を誘電率の変化に基づき検出するアルコール濃度センサ３０などが設けられている。
【００１８】
次に、上記システム構成になる実施形態において、ＥＣＵ２０により行われる真のアルコール濃度算出ルーチンの一例を図４に示すフローチャートを参照して説明する。
【００１９】
この算出ルーチンはエンジンが始動された後、所定時間（例えば、１０ｍｓ）毎に実行される。まず、ステップＳ４１０において、アルコール濃度センサ３０からの検出ないしは計測値に基づき、燃料デリバリパイプ１６内に送給されているアルコール混合燃料の見かけのアルコール濃度Ａｌｃ’が算出される。そして、次のステップＳ４２０において、後述する燃料噴射特性学習値の算出ルーチンにより算出された燃料噴射特性学習値（ＫＧ）が所定値（＝α）以上か否かが判定される。
【００２０】
ステップＳ４２０における判定で、燃料噴射特性学習値（ＫＧ）が所定値より小さいときは、現在、制御に使用されているアルコール濃度は真のアルコール濃度Ａｌｃを反映している、換言すると、見かけのアルコール濃度Ａｌｃ’は真のアルコール濃度Ａｌｃにほぼ等しいとして、本ルーチンは終了される。
【００２１】
一方、ステップＳ４２０における判定で、燃料噴射特性学習値（ＫＧ）が所定値以上のときは、アルコール混合燃料に水分が混入している結果、真のアルコール濃度Ａｌｃが検出されていないとしてステップＳ４３０に進み、燃料噴射特性学習値（ＫＧ）からアルコール混合燃料中の水分濃度Ｗａｔｅｒ（％）が推定される。この燃料噴射特性学習値（ＫＧ）とアルコール混合燃料中の水分濃度Ｗａｔｅｒ（％）との関係は、図５のグラフに示す通りであり、燃料噴射特性学習値（ＫＧ）が大きくなるにつれ水分濃度Ｗａｔｅｒ（％）も高くなる比例関係にある。なお、この関係に基づき、燃料噴射特性学習値（ＫＧ）に対応する水分濃度Ｗａｔｅｒ（％）の値は予め実験等により求めてマップに保管されている。
【００２２】
ステップＳ４３０において水分濃度Ｗａｔｅｒ（％）が推定されると次に、ステップＳ４４０に進み、ステップＳ４１０で算出された見かけのアルコール濃度Ａｌｃ’と上のステップＳ４３０で求められた水分濃度Ｗａｔｅｒ（％）とに基づき、真のアルコール濃度Ａｌｃが算出され、本ルーチンは終了される。より詳しく述べると、アルコール濃度センサ３０は、アルコール混合燃料のアルコール濃度をその誘電率の変化に基づき検出するが、前述の図３に示すように、アルコール濃度検出センサ３０の出力値が同じであっても、真のアルコール濃度Ａｌｃは水分濃度Ｗａｔｅｒ（％）に対応して変化するので、この推定された水分濃度Ｗａｔｅｒ（％）に応じてアルコール濃度センサ３０によるアルコール濃度検出値に基づく見かけのアルコール濃度Ａｌｃ’が補正され、真のアルコール濃度Ａｌｃが求められるのである。
【００２３】
図３を参照して、より具体的に説明すると、アルコール濃度検出センサ３０の出力値がＤであるとき、水分濃度Ｗａｔｅｒ（＝０％）の場合の真のアルコール濃度はＡｌｃ０、水分濃度Ｗａｔｅｒ（＝５％）の場合の真のアルコール濃度はＡｌｃ５、および水分濃度Ｗａｔｅｒ（＝１０％）の場合の真のアルコール濃度はＡｌｃ１０となるのである。なお、これらの真のアルコール濃度Ａｌｃと見かけのアルコール濃度Ａｌｃ’および水分濃度Ｗａｔｅｒ（％）との関係も予め実験等により求めてマップに保管されている。
【００２４】
ここで、上述の燃料噴射特性学習値（ＫＧ）を算出するのに用いられる空燃比フィードバック及び学習制御ルーチンにつき、概要を説明する。
【００２５】
まず、エンジン１にインジェクタ６から噴射供給される燃料噴射量ＴＡＵは、所定の目標空燃比（例えば、理論空燃比）を得るべく、クランクポジションセンサ２１からのパルス信号に基づき算出されたエンジン回転数ＮＥおよび吸気管圧力センサ２８により検出される吸気管圧力ＰＭに基づく基本噴射量ＴＡＵＢＳＥに対し、エンジン１の状態に応じて各種センサに検出され入力される検出信号に応じた補正係数（例えば、吸気温補正係数ＴＨＡ、水温補正係数ＴＷＡ、アルコール濃度補正係数ＡＬＣ等）や空燃比フィードバック補正係数ＦＡＦおよび空燃比学習値ＫＧが乗じられて、例えば、次式により求められる。
【００２６】
ＴＡＵ＝ＴＡＵＢＳＥ×（ＴＨＡ×ＴＷＡ×ＡＬＣ・・・）×ＦＡＦ×（１＋ＫＧ）
ここで、吸気温補正係数ＴＨＡは吸気温センサ２３により検出される吸気温度に応じた補正係数であり、吸気温度が低いときは空気密度が高くなるので増量し、水温補正係数ＴＷＡは水温センサ２６により検出される冷却水温度に応じた補正係数であり、冷却水温が低いときに同じく増量するように１より大きく設定される。アルコール濃度補正係数ＡＬＣはアルコール濃度センサ３０により検出されるアルコール濃度に応じた補正係数であり、アルコール濃度が高いときに増量するように設定される。また、空燃比フィードバック補正係数ＦＡＦは、空燃比センサ２７の出力に基づき空燃比がリッチまたはリーンかが判定され、空燃比がリッチの場合は、減量するように前回値に対し所定の積分分減少させ、逆に、空燃比がリーンの場合は、増量するように前回値に対し所定の積分分増大させるようにして設定される。さらに、リッチ・リーンの反転時には、空燃比フィードバック補正係数ＦＡＦが前回値に対し所定の比例分増減されるようにして設定される。
【００２７】
そして、燃料噴射特性学習値（ＫＧ）を算出するのに用いられる学習制御ルーチンは、例えば、図６のフローチャートに示すように実行される。この学習制御ルーチンでは、まず、ステップＳ６１０で、空燃比フィードバック制御中か否かが判定される。具体的には、例えば、空燃比センサ２７の暖機が完了しているか否か、または所定の運転領域であるか否か等により決定され、空燃比フィードバック制御中でないときは本ルーチンを終了し（このとき空燃比フィードバック補正係数ＦＡＦは前回値に保持される）、成立時にのみステップＳ６２０以降へ進む。
【００２８】
そこで、空燃比フィードバック制御中のときはステップＳ６２０に進み、空燃比フィードバック補正係数ＦＡＦが１であるか否かが判定される。空燃比フィードバック補正係数ＦＡＦが１であるときは上述の燃料噴射量が適切に制御されているとして本ルーチンが終了され、１でないときはステップＳ６３０に進む。
【００２９】
そして、ステップＳ６３０にて、空燃比フィードバック補正係数ＦＡＦが１より小さいか否かが判定され、肯定（ＹＥＳ）のときはステップＳ６４０に、逆に、否定（ＮＯ）のときはステップＳ６６０に進む。これらのステップＳ６４０およびステップＳ６６０においては、それぞれ、空燃比フィードバック補正係数ＦＡＦが１より小さい状態および１より大きい状態が所定回連続して生じたか否かが判定される。換言すると、学習条件を満たす所定の学習回数（例えば、３０回）に亘り、連続してリッチ状態およびリーン状態がそれぞれ継続したか否かが判定されるのである。なお、これらのリッチ状態またはリーン状態が所定回連続して継続するということは、供給されているアルコール混合燃料および／またはインジェクタ６に固有の特性があることを意味する。そして、ステップＳ６４０およびステップＳ６６０において、それぞれ、この学習条件を満たす肯定（ＹＥＳ）のときに、ステップＳ６５０およびステップＳ６７０にそれぞれ進み、燃料噴射特性学習値（ＫＧ）の更新が行われる。
【００３０】
リッチ状態の継続によりステップＳ６５０にて更新される燃料噴射特性学習値（ＫＧ）は、更新前の学習値から所定値が減ぜられて、学習成果が反映された新たな燃料噴射特性学習値（ＫＧ）とされ、リーン状態の継続によりステップＳ６７０にて更新される燃料噴射特性学習値（ＫＧ）は、更新前の学習値に所定値が加えられて、学習成果が反映された新たな燃料噴射特性学習値（ＫＧ）とされる。なお、ステップＳ６４０およびステップＳ６６０において、所定回を超えないとき、すなわち、否定（ＮＯ）のときは、学習精度が充分でないとして本ルーチンは終了され学習値の更新は禁止される。
【００３１】
本実施の形態においては、上述のように、アルコール濃度センサ３０によるアルコール濃度検出値に基づく見かけのアルコール濃度Ａｌｃ’が補正され、真のアルコール濃度Ａｌｃが求められると、この真のアルコール濃度Ａｌｃに対応するアルコール濃度補正係数ＡＬＣを用いて、上述の燃料噴射量ＴＡＵが求められて、エンジン１が運転される。かくて、真のアルコール濃度Ａｌｃに応じて所定の目標空燃比になるように供給燃料噴射量が正確に制御されるので、エミッションの悪化やドライバビリティの低下が抑制されるのである。
【００３２】
なお、上記説明においては、ガソリンに対しアルコールが混合されたアルコール混合燃料の場合について説明したが、本発明は燃料としてアルコールのみを用いる場合にも適用可能であることは云うまでもない。かかる観点から、本明細書において、アルコール混合燃料とはアルコールが１００％の場合も含む意味で用いられている。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明に係るアルコール混合燃料エンジンの燃料制御装置の一実施形態に係るシステム構成を示す側面概略図である。
【図２】同じく、燃料系統を主に示す平面概略図である。
【図３】アルコール濃度と誘電率との関係において、水分濃度の影響を示すグラフである。
【図４】本発明の一実施形態における真のアルコール濃度算出制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。
【図５】学習値と水分濃度との関係を示すグラフである。
【図６】本発明の一実施形態における燃料噴射特性学習値を算出するのに用いられる空燃比フィードバック及び学習制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００３４】
４    電制スロットル弁
６    インジェクタ
７    点火栓
１０    電制ＥＧＲ弁
２０    電子制御ユニット
２１    クランクポジションセンサ
２７    空燃比センサ
２８    吸気管圧力センサ
３０    アルコール濃度センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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